鋅冶煉污酸與布袋煙塵協(xié)同處理技術(shù)的應(yīng)用

王 軍，陳志明，張健康

（陜西鋅業(yè)有限責(zé)任公司，陜西商洛 726007）

在常規(guī)濕法煉鋅中，鋅精礦經(jīng)沸騰爐焙燒產(chǎn)生鋅焙砂。鋅焙砂經(jīng)兩段常規(guī)浸出，酸浸底流經(jīng)銀浮選后得銀精礦。尾礦經(jīng)壓濾后，送入回轉(zhuǎn)窯揮發(fā)回收鋅得到次氧化鋅。次氧化鋅再經(jīng)回轉(zhuǎn)窯或多膛爐二次脫氟氯達(dá)標(biāo)后為成品氧化鋅，再經(jīng)酸浸回收鋅、銦、鉛等有價(jià)金屬。在火法脫氟氯工藝過(guò)程中，經(jīng)布袋收塵器捕集的煙塵有價(jià)金屬含量更高。

某鋅冶煉廠的回轉(zhuǎn)窯年產(chǎn)次氧化鋅（折鋅量）42 kt/a，兩系統(tǒng)的布袋煙塵毛產(chǎn)量為2 500 t/a。該廠2021年投產(chǎn)的渣處理工藝富氧側(cè)吹爐和煙化爐產(chǎn)生的煙塵也可達(dá)5 000 t/a。該廠鋅精礦焙燒煙氣制酸產(chǎn)污酸約550 m3/d。為充分回收布袋煙塵中的有價(jià)金屬，同時(shí)對(duì)污酸進(jìn)行資源化利用，該廠開(kāi)展了鋅冶煉污酸與布袋煙塵協(xié)同處理工藝的研究，并進(jìn)行了試驗(yàn)驗(yàn)證和生產(chǎn)中試，取得了較好效果。

1 布袋煙塵、次氧化鋅和冶煉污酸的主要成分

含鋅浸出渣火法處理產(chǎn)生的幾種布袋煙塵、次氧化鋅和冶煉污酸主要成分分別見(jiàn)表1和表2。

表1 布袋煙塵及次氧化鋅主要成分 w: %

表2 冶煉污酸主要成分 ρ: g/L

2 冶煉污酸與布袋煙塵協(xié)同處理工藝

冶煉污酸與布袋煙塵協(xié)同處理工藝主要分為逆流堿洗、預(yù)洗液除雜、酸浸、中和沉銦和鋅粉置換等工序。工藝流程見(jiàn)圖1。

圖1 冶煉污酸與布袋煙塵協(xié)同處理工藝流程

2.1 逆流堿洗工序

用純堿對(duì)高氟氯煙塵進(jìn)行逆流堿洗脫除大量氟氯[1]，使原料中的氟氯進(jìn)入濾液后開(kāi)路，而鋅、鉛等重金屬仍留在渣中作為下道工序的原料而與氟氯分離。

2.2 預(yù)洗液除雜工序

含氟氯及少量金屬的堿浸液，經(jīng)氧化、硫化除雜或?qū)Ｓ迷噭┏s后[2]，回用于回轉(zhuǎn)窯沖渣而無(wú)外排液。

2.3 酸浸工序

用冶煉污酸對(duì)堿浸渣進(jìn)行兩段酸浸，使鋅、銦、鎘等金屬的氧化物與酸反應(yīng)進(jìn)入溶液，而鉛以硫酸鉛的形式留在渣中得到富鉛渣，作為側(cè)吹爐原料。

2.4 中和沉銦工序

用次氧化鋅中和酸浸液，并達(dá)到銦水解的pH值4.0～4.5而沉銦，得到富銦渣，作為制取金屬銦的原料。

2.5 鋅粉置換工序

對(duì)中和沉銦后液用鋅粉置換沉鎘，富鎘渣作為鎘回收的原料，高鋅液用純堿沉鋅生成碳酸鋅，作為納米氧化鋅的生產(chǎn)原料，濾液送至水處理車間處理達(dá)標(biāo)后外排。

綜上所述，該工藝使用成本較低的純堿浸洗高氟氯布袋煙塵，鋅等重金屬元素進(jìn)入堿浸渣中基本無(wú)損失。堿浸渣經(jīng)過(guò)酸浸、中和沉銦和鋅粉置換等工序，實(shí)現(xiàn)了鉛、銦、鎘、鋅等有價(jià)金屬的梯次回收。

3 試驗(yàn)過(guò)程及處理效果

3.1 布袋煙塵預(yù)處理

量取3.0 L蒸餾水置于5 L燒杯中，稱取100～120 g純堿置于燒杯中溶解，再向燒杯中加入1.0 kg布袋煙塵，加熱至75～80 ℃，保溫?cái)嚢?.0 h，過(guò)濾。用60～70 ℃的溫水洗滌濾渣0.5 h，得到的堿浸渣進(jìn)行酸浸用于回收有價(jià)金屬，洗液經(jīng)壓濾后返回堿浸工序，堿浸液除雜后用于沖渣。布袋煙塵預(yù)處理前后成分對(duì)比見(jiàn)表3。

表3 預(yù)處理前后布袋煙塵成分對(duì)比 w: %

由表3可見(jiàn)：未經(jīng)處理的布袋煙塵和經(jīng)堿浸預(yù)處理得到的堿浸渣相比，Zn、Pb、In和Cd的含量相差不大，而F、Cl的含量大幅降低，堿浸渣中w(F)和w(Cl)分別由0.26%和6.13%降低到0.05%和0.52%。

經(jīng)測(cè)定，堿浸液中ρ(Zn)、ρ(F)和ρ(Cl)分別為0.11，0.16，12.27 g/L。

由上述數(shù)據(jù)可以看出，通過(guò)堿浸對(duì)布袋煙塵進(jìn)行脫氟氯預(yù)處理的效果較好。

3.2 回收有價(jià)金屬

3.2.1 堿浸渣酸浸

量取3.5 L冶煉污酸置于5 L燒杯中，緩慢加入1.0 kg堿浸渣。保持混合液溫度在70～80 ℃，攪拌3.0 h，在此過(guò)程中補(bǔ)加污酸，使ρ(H2SO4)保持在10～20 g/L。一段酸浸反應(yīng)結(jié)束后進(jìn)行過(guò)濾，濾渣進(jìn)行二段酸浸，濾液用于中和沉銦。

二段酸浸使ρ(H2SO4)保持在50～60 g/L，其他反應(yīng)條件與一段酸浸相同。二段酸浸反應(yīng)結(jié)束后進(jìn)行過(guò)濾，過(guò)濾得到的鉛渣作為側(cè)吹爐原料回用，濾液返回一段酸浸循環(huán)利用。

3.2.2 中和沉銦

量取3.2 L一段酸浸液置于5 L燒杯中，加入60 g次氧化鋅中和酸浸液至pH值為4.5，在60～75℃條件下反應(yīng)2.0 h，過(guò)濾得到富銦渣用于銦回收，濾液用于鋅粉置換。

在一段酸浸液的中和劑選取方面，分別采用布袋煙塵、細(xì)鋅浮渣和次氧化鋅進(jìn)行試驗(yàn)。由于布袋煙塵鉛含量高、中和后漿液難壓濾，細(xì)鋅浮渣含有的單質(zhì)鋅置換出酸浸液中的鎘造成富銦渣中鎘含量高，因此布袋煙塵和細(xì)鋅浮渣均不適用于中和一段酸浸液。而次氧化鋅在保證富銦渣質(zhì)量的同時(shí)也易于壓濾，因而選用次氧化鋅進(jìn)行中和沉銦。

3.2.3 鋅粉置換

取3.0 L中和沉銦后的濾液置于5 L燒杯中，加入50 g鋅粉（約Cd量的2倍），在55～65 ℃條件下反應(yīng)1.0 h，置換出鎘。反應(yīng)結(jié)束后進(jìn)行抽濾，得到的富鎘渣用于鎘回收，高鋅液用純堿沉鋅生成碳酸鋅作為納米氧化鋅的生產(chǎn)原料。

3.3 布袋煙塵處理效果

試驗(yàn)結(jié)果表明，冶煉污酸與布袋煙塵協(xié)同處理工藝，可梯級(jí)回收布袋煙塵中的Pb、Cd、In、Zn等有價(jià)金屬，且有價(jià)金屬渣的富集程度較高。各工序反應(yīng)液的主要金屬濃度見(jiàn)表4，富集渣主要組分含量見(jiàn)表5。

表4 各工序反應(yīng)液主要金屬濃度 ρ: g/L

表5 富集渣主要組分含量 w: %

4 效益估算

若該煉鋅廠全年所產(chǎn)的7 500 t/a布袋煙塵按冶煉污酸與布袋煙塵協(xié)同處理工藝進(jìn)行處理，可回收鉛2 700 t/a，銦15 t/a，鎘300 t/a，鋅1 300 t/a，增加經(jīng)濟(jì)效益2 830萬(wàn)元/a。

該工藝還可對(duì)該廠3臺(tái)硫化鋅精礦沸騰焙燒爐煙氣制酸所產(chǎn)生的約550 m3/d的污酸進(jìn)行資源化利用，僅石灰費(fèi)用可節(jié)省145萬(wàn)元/a，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了污酸變廢為寶，避免了采用石灰處理污酸而產(chǎn)生大量石膏渣污染環(huán)境。對(duì)布袋煙塵預(yù)先進(jìn)行脫氟氯預(yù)處理產(chǎn)生的堿浸液再經(jīng)氧化、硫化除雜返回回轉(zhuǎn)窯水淬沖渣，產(chǎn)生的外排廢水較少。高鋅液進(jìn)行氧化除鐵等雜質(zhì)后用純堿轉(zhuǎn)化為碳酸鋅，作為納米氧化鋅的生產(chǎn)原料或進(jìn)行硫化處理作為鋅精礦，濾液送至污水處理車間而達(dá)標(biāo)排放。

該煉鋅廠的鋅冶煉污酸與布袋煙塵協(xié)同處理工藝已在綜合回收工序利用閑置設(shè)備進(jìn)行投料生產(chǎn)，布袋煙塵處理量達(dá)20 t/d，不影響冶煉系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

5 結(jié)語(yǔ)

以某鋅冶煉廠常規(guī)濕法煉鋅中火法脫氟氯所產(chǎn)的布袋煙塵為原料，經(jīng)逆流堿洗進(jìn)行預(yù)處理而脫除氟氯，然后利用該廠鋅精礦焙燒制酸產(chǎn)生的污酸對(duì)堿浸渣作浸出處理而富集鉛，再經(jīng)中和沉銦、鋅粉置換、純堿沉鋅等工序，實(shí)現(xiàn)了梯次回收鉛、銦、鎘、鋅等有價(jià)金屬。對(duì)該廠所產(chǎn)各種布袋煙塵進(jìn)行中試處理的結(jié)果表明，冶煉污酸與布袋煙塵協(xié)同處理的工藝條件可行，經(jīng)濟(jì)效益可觀，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了冶煉污酸的資源化利用，產(chǎn)生了良好的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)保效益，達(dá)到了綜合效益最佳化，值得相關(guān)行業(yè)參考借鑒。